HBM4·칩렛 확산으로 시스템 반도체 경쟁 기준이 바뀌고 있다

인공지능(AI) 데이터센터 확산과 함께 시스템 반도체 경쟁의 기준이 빠르게 바뀌고 있다. 공정 미세화나 단순 성능 비교 중심의 경쟁에서 벗어나 설계 규칙과 검증 체계, 장기 운용 안정성을 얼마나 확보했는지가 핵심 변수로 떠오르고 있다. 반도체는 개별 부품이 아니라 대규모 인프라를 구성하는 시스템 단위로 평가되기 시작했고, 이 변화는 미·중 기술 경쟁과 글로벌 공급망 재편에 직접적인 영향을 주고 있다.

AI 연산 규모가 커질수록 메모리와 로직, 패키징과 전력 관리, 네트워크와 서버 운용이 하나의 설계 문제로 묶인다. 이에 따라 반도체 경쟁은 누가 더 빠른 칩을 생산하느냐의 문제가 아니라 누가 전체 시스템을 예측 가능하게 유지할 수 있느냐의 문제로 이동하고 있다.


차세대 고대역폭메모리로 불리는 HBM4는 단순한 성능 개선 이상의 의미를 갖는다. AI 연산은 대규모 데이터 이동을 전제로 하며, 연산 성능보다 데이터 공급의 안정성과 지속성이 시스템 성능을 좌우한다. HBM4는 이 과정에서 전력 관리와 발열 제어, 패키징 구조, 신뢰성 검증까지 함께 고려해야 하는 요소로 작용한다.

메모리 속도가 빨라질수록 전력 소비와 열 관리 부담은 커지고, 작은 불안정성도 전체 시스템 장애로 이어질 수 있다. 이 때문에 HBM4는 단일 부품 경쟁이 아니라 서버와 데이터센터 설계 전반의 문제로 다뤄지고 있다. 실제 운용 환경에서 장기간 안정적으로 작동할 수 있는지가 주요 평가 기준으로 자리 잡고 있다.
이 변화는 국가 전략 차원에서도 의미를 갖는다. 미국은 AI 데이터센터를 산업 시설이 아니라 정보 처리와 지휘 통제, 감시 체계와 연결된 기반 인프라로 인식하고 있다. 중국 역시 단기 성능 경쟁보다 장기 운용 가능성과 외부 통제 회피에 초점을 맞추고 있다. HBM4는 이러한 경쟁 구도에서 시스템 안정성을 가늠하는 요소로 작동한다.

한국 기업에 요구되는 대응도 분명하다. 단순 제품 공급을 넘어 고객 시스템 내부로 깊이 들어가 공동 설계와 검증 단계에 참여해야 한다. 정부 역시 전 공정 중심 지원에서 벗어나 후 공정과 시스템 단위 테스트, 신뢰성 검증 인프라를 산업 기반 시설로 다룰 필요가 커지고 있다.


칩렛(Chiplet) 기술 확산은 반도체 산업 구조 변화를 단적으로 보여준다. 기능별로 분리된 칩을 조합해 하나의 시스템으로 구성하는 칩렛 방식이 일반화되면서 공정 미세화보다 연결 규칙과 호환성 검증의 중요성이 커지고 있다.

칩렛 구조에서는 어떤 칩이 어떤 방식으로 연결될 수 있는지, 오류 발생 시 책임과 대응이 어떻게 이뤄지는지가 명확해야 한다. 이 때문에 칩렛 경쟁의 핵심은 설계 표준과 인터페이스 규칙, 검증 체계에 있다. 이 규칙을 주도하는 쪽이 설계 생태계 전반의 흐름을 결정하게 된다.
네트워크 중심 AI 아키텍처가 확산되면서 이 문제는 더욱 부각되고 있다. 대규모 AI 모델은 수많은 칩과 서버가 동시에 연결돼 작동한다. 이 과정에서 성능 병목은 연산 능력보다 연결 구조와 네트워크 효율에서 발생한다. 반도체 경쟁은 플랫폼 경쟁의 성격을 띠게 됐다.

미국은 동맹을 중심으로 설계 규칙과 소프트웨어, 개발 환경을 묶어 하나의 생태계를 형성하고 있다. 이는 직접적인 제재보다 완만하지만 장기적으로는 강력한 통제 방식으로 작용한다. 중국은 이에 대응해 자체 설계 생태계 구축을 추진하고 있지만 시간과 비용 부담이 크다.

한국은 단순 생산 기지에 머무를 경우 협상력이 약화될 수 있다. 인터커넥트와 패키징, 검증 영역에서 대체 불가능한 역할을 확보해야 하고, 표준 경쟁을 산업 정책 차원이 아닌 전략 과제로 다룰 필요가 있다.


보안 기술 역시 시스템 반도체 경쟁의 중요한 요소로 편입되고 있다. 양자 기술은 기존 컴퓨팅을 대체하기보다 보완하는 방식으로 사이버 위협 탐지와 데이터 보호 영역에서 활용이 확대되고 있다. 완전한 전환이 아니라 기존 시스템과 결합해 탐지 정확도와 대응 속도를 높이는 구조다.

이러한 기술은 금융이나 민간보다 군사와 공공 영역에서 먼저 채택되는 경향을 보이고 있다. 사이버 공격은 사후 대응보다 사전 탐지가 중요하기 때문이다. 기술이 안보 영역으로 흡수될수록 실증과 적용 속도는 빨라진다.

미·중 경쟁은 반도체 수출 통제를 넘어 정보와 보안 체계의 상호운용성 경쟁으로 확장되고 있다. 동맹 간에는 군사력뿐 아니라 기술과 데이터 체계의 호환성이 중요해지고 있다. 한국 역시 연구 중심 접근에서 벗어나 공공과 방산, 인프라 영역에서 실증 경험을 축적할 필요성이 커지고 있다.


인도의 부상은 글로벌 반도체 공급망 변화의 또 다른 변수다. 인도는 최첨단 공정의 중심지는 아니지만 설계 인력과 소프트웨어, 시스템 통합 역량을 기반으로 중간 허브 역할을 확대하고 있다. 공급망이 다극화될수록 이러한 중간 지점의 협상력은 커진다.

미국은 중국 견제를 위해 인도를 활용하고 있고, 일본 역시 기술 협력을 통해 인도와의 연계를 강화하고 있다. 한국도 인도를 단순한 시장이 아니라 설계와 검증, 소프트웨어 협력의 공간으로 재정의할 필요가 있다. 다만 핵심 공정과 지식재산에 대한 통제력을 유지하지 못할 경우 장기적 위험 요인이 될 수 있다.


HBM4와 칩렛, 네트워크 중심 AI, 보안 기술, 인도 변수는 서로 다른 현상처럼 보이지만 하나의 방향으로 수렴하고 있다. 시스템 반도체 경쟁이 성능과 생산량 중심 경쟁에서 설계 규칙과 검증 체계, 생태계 통합 능력을 겨루는 구조 경쟁으로 이동하고 있는 것이다.

이 같은 변화는 미·중 간 첨단 기술 경쟁의 성격을 바꾸는 동시에 동아시아 산업 질서 재편을 예고하고 있다. 한국이 선택해야 할 방향은 분명하다. 생산 능력 확대에 머물지 말고 시스템이 작동하는 규칙과 검증 체계 안으로 들어가야 하는 것이다.

기업은 공동 설계와 검증 역량을 핵심 자산으로 삼아야 하고, 정부는 테스트와 인증 인프라를 국가 경쟁력의 일부로 인식할 필요가 있다. 투자 역시 단기 실적보다 설계 생태계 내 위치와 대체 가능성을 기준으로 재평가되는 국면에 들어섰다.

시스템 반도체의 경쟁 기준은 이미 바뀌고 있다. 이는 산업 주기의 변화가 아니라 기술을 통해 경쟁 구조가 재편되는 과정이다.


이교관 글로벌이코노믹 기자 yijion@g-enews.com